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Functional–Structural Plant Modeling Highlights How Diversity in Leaf Dimensions and Tillering Capability Could Promote the Efficiency of Wheat Cultivar Mixtures

Authors :
Emmanuelle Blanc
Pierre Barbillon
Christian Fournier
Christophe Lecarpentier
Christophe Pradal
Jérôme Enjalbert
Génétique Quantitative et Evolution - Le Moulon (Génétique Végétale) (GQE-Le Moulon)
AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA-Paris)
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-AgroParisTech-Université Paris-Saclay
Écophysiologie des Plantes sous Stress environnementaux (LEPSE)
Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales (GDEC)
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Clermont Auvergne (UCA)
Scientific Data Management (ZENITH)
Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Département Systèmes Biologiques (Cirad-BIOS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)
ANR-11-IDEX-0003,IPS,Idex Paris-Saclay(2011)
ANR-20-PCPA-0006,MoBiDiv,Mobilizing and Breeding Intra and inter-specific crop Diversity for a systemic change towards pesticide-free agriculture(2020)
Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA Paris-Saclay)
AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro
Source :
Frontiers in Plant Science, Frontiers in Plant Science, Frontiers, 2021, 12, pp.734056. ⟨10.3389/fpls.2021.734056⟩, Frontiers in Plant Science, 2021, 12, pp.734056. ⟨10.3389/fpls.2021.734056⟩, Frontiers in Plant Science, Vol 12 (2021)
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; Increasing the cultivated diversity has been identified as a major leverage for the agroecological transition as it can help improve the resilience of low input cropping systems. For wheat, which is the most cultivated crop worldwide in terms of harvested area, the use of cultivar mixtures is spreading in several countries, but studies have seldom focused on establishing mixing rules based on plant architecture. Yet, the aerial architecture of plants and the overall canopy structure are critical for field performance as they greatly influence light interception, plant interactions and yield. The very high number of trait combinations in wheat mixtures makes it difficult to conduct experimentations on this issue, which is why a modeling approach appears to be an appropriate solution. In this study, we used WALTer, a functional structural plant model (FSPM), to simulate wheat cultivar mixtures and try to better understand how differences between cultivars in key traits of the aerial architecture influence mixture performance. We simulated balanced binary mixtures of cultivars differing for different critical plant traits: final height, leaf dimensions, leaf insertion angle and tillering capability. Our study highlights the impact of the leaf dimensions and the tillering capability on the performance of the simulated mixtures, which suggests that traits impacting the plants' leaf area index (LAI) have more influence on the performance of the stand than traits impacting the arrangement of the leaves. Our results show that the performance of mixtures is very variable depending on the values of the explored architectural traits. In particular, the best performances were achieved by mixing cultivars with different leaf dimensions and different tillering capability, which is in agreement with numerous studies linking the diversity of functional traits in plant communities to their productivity. However, some of the worst performances were also achieved by mixing varieties differing in their aerial architecture, which suggests that diversity is not a sufficient criterion to design efficient mixtures. Overall, these results highlight the importance of simulation-based explorations for establishing assembly rules to design efficient mixtures.

Details

Language :
English
ISSN :
1664462X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Frontiers in Plant Science, Frontiers in Plant Science, Frontiers, 2021, 12, pp.734056. ⟨10.3389/fpls.2021.734056⟩, Frontiers in Plant Science, 2021, 12, pp.734056. ⟨10.3389/fpls.2021.734056⟩, Frontiers in Plant Science, Vol 12 (2021)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1cd478bb3cfbade9e92e9903dae41a00